Quadcopter

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项目介绍

本项目是电子科技大学信息与软件工程学院综合课程设计课题：基于STM32F4的四轴飞行器。主要内容包括：

• STM32嵌入式开发平台上扩展姿态传感模块，用于确定四轴飞行器的飞行姿态

• 姿态传感器采集数据后，在STM32上完成姿态解算

• STM32上通过PID控制及PWM电机调速，使四轴飞行器能够通过调节四轴的扇叶转速保持平稳的飞行，并不断调整以达到稳定，如图所示

硬件要求

部件	型号
机架	F450 (螺旋桨螺距为450mm)
无刷电机	好盈Skywalker-20A
马达	A2212/13T（1000KV）
螺旋桨	乾丰1045
电池	格氏航模电池（2200mAh 25C）
开发板	STM32F401RE（最高频84MHz）
加速度计、陀螺仪	MPU6050（集成在GY-86/MPU-9150）
电子罗盘	HMC5883L（集成在GY-86） 或者 AK8975（集成在MPU-9150）
遥控器	RadioLink T4EU-6（6通道）
遥控接收器	RadioLink R7EH-S（6通道）
蓝牙	HM-10 * 2
扩展板	Altium Designer软件设计

软件要求

操作系统：Windows或者Linux

IDE：Keil v5

编译器：ARM Compiler（Keil uVision内置）或者 gcc-arm-none-eabi（Linux）

工程结构

├── docs
│   ├── 电压分配.txt
│   ├── 引脚配置.txt
│   └── 九轴数据变化.txt
├── PCB
│   ├── IntLib
│   └── PCB
│       ├── pcb.PcbDoc  //PCB文件
│       ├── PCB_Project.PrjPcb  //AD工程文件
│       └── pcb.SchDoc  //原理图文件
└── Project
    ├── APP  //用户定义
    │   ├── app_cfg.h  //选择编译宏开关、APP_FUNC自定义库开关
    │   ├── includes.h  //头文件引用包含集合，详情见开发说明
    │   ├── main.c  //主程序
    │   ├── os_cfg.h  //ucosii模块功能开关
    │   └── RTE_Components.h  //ST库函数开关
    ├── APP_FUNC  //用户自定义库
    │   ├── delay.c  //硬延时，与OSTimeDly()不同
    │   ├── delay.h
    │   ├── gpio.c
    │   ├── gpio.h
    │   ├── iic.c
    │   ├── iic.h
    │   ├── IMU.c  //姿态解算
    │   ├── IMU.h
    │   ├── led.c
    │   ├── led.h
    │   ├── MPU9150.c  //GY-86、MPU9150
    │   ├── MPU9150.h
    │   ├── nvic.c
    │   ├── nvic.h
    │   ├── pid.c  //PID算法
    │   ├── pid.h
    │   ├── pwm.c
    │   ├── pwm.h
    │   ├── pwm_led.c
    │   ├── pwm_led.h
    │   ├── tim_led.c
    │   ├── tim_led.h
    │   ├── usart.c
    │   └── usart.h
    ├── BSP_SELF  //硬件相关，需自己改动
    │   ├── BSP.c  //外设初始化（包含系统时钟中断）
    │   ├── BSP.h
    │   ├── startup_stm32f401xx.s  //启动文件，修改PendSV中断
    │   ├── stm32f4xx_it.c  //中断函数
    │   ├── stm32f4xx_it.h
    │   ├── system_stm32f4xx.c  //系统时钟配置
    │   └── system_stm32f4xx.h
    ├── BSP_SYS  //硬件相关，无需改动
    │   ├── core_cm4.h
    │   ├── core_cm4_simd.h
    │   ├── core_cmFunc.h
    │   ├── core_cmInstr.h
    │   ├── stm32f4xx_conf.h
    │   ├── stm32f4xx.h
    │   ├── system_stm32f4xx.c
    │   └── system_stm32f4xx.h
    ├── CLIB  //C语言库
    ├── STLIB  //ST标准库
    ├── UCOS_PORT  //ucosii硬件相关
    │   ├── os_cpu_a.s
    │   ├── os_cpu_c.c
    │   ├── os_cpu.h
    │   └── os_dbg.c
    └── UCOS_SOURCE  //ucosii模块
        ├── os_core.c
        ├── os_core.h
        ├── os_flag.c
        ├── os_mbox.c
        ├── os_mem.c
        ├── os_mutex.c
        ├── os_q.c
        ├── os_sem.c
        ├── os_task.c
        ├── os_time.c
        ├── os_tmr.c
        ├── ucos_ii.c
        └── ucos_ii.h

开发说明

头文件包含关系：

includes.h
├── BSP.h
├── core_cm4.h
├── stm32f4xx.h
│   └── stm32f4xx_conf.h
│       └── RTE_Components.h  //标准库文件开关
│           ├── stm32f4xx_gpio.h
│           ├── ......
│           └── stm32f4xx_rcc.h
└── ucosii.h
    ├── app_cfg.h  //用户自定义库文件开关
    │   ├── gpio.h
    │   ├── ......
    │   └── pid.h
    └── os_cfg.h

需要注意的是，stm32f4xx.h文件中有这样一段代码：

#ifdef USE_STDPERIPH_DRIVER
    #includes "stm32f4xx_conf.h"
#endif

也就是说必须要定义USE_STDPERIPH_DRIVER这个宏才会包含stm32f4xx_conf.h文件。

用户如果需要向APP_FUNC文件夹中添加自己写的文件，那么头文件和C文件统一格式如下并在app_cfg.h中打开相应开关：

//xx.h
#ifndef XX_H
#define XX_H
#includes "includes.h"
//#includes "math.h"  
//C语言库函数需要单独包含，如果需要用到的话

......

#endif

//xx.c
#includes "xx.h"

......

快速开始

• Windows（已安装Keil uVision）

  1. 打开Project/exp4.uvprojx

  2. 点击Build按钮

  3. 点击Download按钮烧录

• Linux（已安装gcc-arm-none-eabi、st-flash）（暂未实现）

  1. 输入命令make生成hex文件

  2. 输入命令make burn进行烧录

鸣谢

廖勇老师、施荣圳师兄

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我学习四轴的一些重要知识、疑难解答等记录过程都放在了Wiki上！欢迎查看！

实验总结报告

链接：https://pan.baidu.com/s/1mlYsZHq7C65B-kLWfse6bw 提取码：45un